JVM中的棧和局部變量

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Java開發中，每當我們在程序中使用new生成一個對象，對象的引用存放在棧里，而對象是存放在堆里的。可以看出棧在Java核心的重要位置。今天我們就繼續深入Java核心這個系列，為您介紹Java中的棧、局部變量及其之間的關系。

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Java中的棧

每當啟用一個線程時，JVM就為他分配一個Java棧，棧是以幀為單位保存當前線程的運行狀態。某個線程正在執行的方法稱為當前方法，當前方法使用的棧幀稱為當前幀，當前方法所屬的類稱為當前類，當前類的常量池稱為當前常量池。當線程執行一個方法時，它會跟蹤當前常量池。

每當線程調用一個Java方法時，JVM就會在該線程對應的棧中壓入一個幀，這個幀自然就成了當前幀。當執行這個方法時，它使用這個幀來存儲參數、局部變量、中間運算結果等等。

Java棧上的所有數據都是私有的。任何線程都不能訪問另一個線程的棧數據。所以我們不用考慮多線程情況下棧數據訪問同步的情況。

像方法區和堆一樣，Java棧和幀在內存中也不必是連續的,幀可以分布在連續的棧里，也可以分布在堆里

Java棧的組成元素——棧幀

棧幀由三部分組成：局部變量區、操作數棧、幀數據區。局部變量區和操作數棧的大小要視對應的方法而定，他們是按字長計算的。但調用一個方法時，它從類型信息中得到此方法局部變量區和操作數棧大小，并據此分配棧內存，然后壓入Java棧。

局部變量區 局部變量區被組織為以一個字長為單位、從0開始計數的數組，類型為short、byte和char的值在存入數組前要被轉換成int值，而long和 double在數組中占據連續的兩項，在訪問局部變量中的long或double時，只需取出連續兩項的第一項的索引值即可,如某個long值在局部變量 區中占據的索引時3、4項，取值時，指令只需取索引為3的long值即可。

下面就看個例子，好讓大家對局部變量區有更深刻的認識。這個圖來自《深入JVM》：

public static int runClassMethod(int i,long l,float f,double d,Object o,byte b) {

return 0;

}

public int runInstanceMethod(char c,double d,short s,boolean b) {

return 0;

}

上面代碼片的方法參數和局部變量在局部變量區中的存儲結構如下圖：

上面這個圖沒什么好說的，大家看看就會懂。但是，在這個圖里，有一點需要注意：

runInstanceMethod的局部變量區第一項是個reference（引用），它指定的就是對象本身的引用，也就是我們常用的this,但是在runClassMethod方法中，沒這個引用，那是因為runClassMethod是個靜態方法。

操作數棧和局部變量區一樣，操作數棧也被組織成一個以字長為單位的數組。但和前者不同的是，它不是通過索引來訪問的，而是通過入棧和出棧來訪問的。可把操作數棧理解為存儲計算時，臨時數據的存儲區域。下面我們通過一段簡短的程序片段外加一幅圖片來了解下操作數棧的作用。

int a = 100;

int b = 98;

int c = a+b;

從圖中可以得出：操作數棧其實就是個臨時數據存儲區域，它是通過入棧和出棧來進行操作的。

幀數據區除了局部變量區和操作數棧外，Java棧幀還需要一些數據來支持常量池解析、正常方法返回以及異常派發機制。這些數據都保存在Java棧幀的幀數據區中。
當JVM執行到需要常量池數據的指令時，它都會通過幀數據區中指向常量池的指針來訪問它。

除了處理常量池解析外，幀里的數據還要處理Java方法的正常結束和異常終止。如果是通過return正常結束，則當前棧幀從Java棧中彈出，恢復發起調用的方法的棧。如果方法又返回值，JVM會把返回值壓入到發起調用方法的操作數棧。

為了處理Java方法中的異常情況，幀數據區還必須保存一個對此方法異常引用表的引用。當異常拋出時，JVM給catch塊中的代碼。如果沒發現，方法立即終止，然后JVM用幀區數據的信息恢復發起調用的方法的幀。然后再發起調用方法的上下文重新拋出同樣的異常。

棧的整個結構

在前面就描述過：棧是由棧幀組成，每當線程調用一個Java方法時，JVM就會在該線程對應的棧中壓入一個幀，而幀是由局部變量區、操作數棧和幀數據區組成。那在一個代碼塊中，棧到底是什么形式呢？下面是我從《深入JVM》中摘抄的一個例子，大家可以看看：

代碼片段：

執行過程中的三個快照：

上面所給的圖，只想說明兩件事情，我們也可用此來理解Java中的棧：

1、只有在調用一個方法時，才為當前棧分配一個幀，然后將該幀壓入棧。

2、幀中存儲了對應方法的局部數據，方法執行完，對應的幀則從棧中彈出，并把返回結果存儲在調用方法的幀的操作數棧中。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JVM中的栈和局部变量的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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